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电子产品视觉健康,老赛道上的新较量

雷石投资   |   雷石投资
2023-01-04 17:02:38

电子产品所引发的视觉健康问题已成为一个急需解决的社会性难题。

疫情时代,电子产品与青少年的学习生活深度融合,居家在线学习使得学生总体近视率上升。据国家卫健委2022年的统计数据,我国儿童青少年近视率为53.6%。“孩子天天上网课的同时如何保住孩子视力”已成为当前中国家长最关心的青少年健康问题。

然而,受到这一困扰的不仅仅是未成年人,北京大学中国健康发展研究中心此前发布的国内首部《国民视觉健康》白皮书显示,近视已经成为我国的“国病”:5岁以上人群中,每3个人就有1个人是近视,中国面临着比西方国家更为严重的视觉健康危机。

在人类现代生产生活中,无论是网课、还是日常办公、视频会议、抑或浏览视频网站,电子产品所占据的时间比例正越来越高,因此,电子产品所引发的视觉健康问题已成为一个急需解决的社会性难题。

视觉健康电子产品的解决方向

通过对视听健康的深入研究,该领域的专业研究机构惠仁康宁视觉与听觉健康实验室提出要从三大影响因素的角度进行科学防控,其中包括:

(一)  显示工业因素:如亮度、对比度、闪烁、蓝光等;

(二)   医学临床因素:如人体耐受度、观视时长、专注度等;

(三)   环境综合因素:如环境照度、距离、视场、显示内容等。

综合来看,整体视觉健康的最根本出路是,从产品设计的源头来保证电子产品符合视觉健康要求而用户侧和应用侧的改进则要相应跟上。要实现产品侧的提升,除了电子产品生产企业要加强技术创新以外,标准规范与检测验证也是一个重要的环节,这两个方面都将会给相关产业带来变革。

电子产品视觉健康技术创新的主流方向

在电子产品的视觉健康方面,半导体显示和灯具两大类企业构成了产业的主导力量。目前,电子产品的视觉健康技术创新,主要集中在以下几个方面:

去蓝光

可见光中波长415nm至455nm的短波蓝光危害性最强,人眼长期观看高蓝光占比的屏幕会导致黄斑病变,造成不可逆损伤。目前在市场上有两大主流思路,一是通过软件调节色温,但通常来说色温的调节会导致偏色,会引发其他的视觉偏差等问题,因此并不能解决根本问题。另一种则是通过硬件调光,更换LED芯片,来微调LED光源有害蓝光的峰值位置从小于450nm迁移到460nm,有效减轻蓝光的危害。或者,在显示基材表面镀制防蓝光膜,以多层膜的膜层分界面实现对蓝光的反射,从而减少蓝光的透过率。

在这个领域,普遍存在的有显示屏的蓝光波峰红移技术,通过长波LED背光并匹配彩膜色阻补偿,降低高能短波蓝光强度占比,在护眼的同时显示画质不受影响。灯具则采用专利涂层技术,最大程度削减对人眼视网膜有害的蓝光成分,有效保护视力健康。如戴尔Eyesafe® 物理防蓝光技术就是从发光原理入手,改变蓝光强度峰值的光谱分布,从而降低蓝光伤害,该技术具有拒绝偏黄偏色和无需进行繁复操作两大优势。此前,乐视的“净蓝”技术,也是从物理光学上解决蓝光的问题。封装大厂国星光电推出Eyelove健康照明器件,其中EC健康光系列即为过滤短波蓝光LED。此外,没有蓝光的墨水屏,也吸引了部分厂商进入到这个细分市场,如海信和小天才的墨水屏平板。

闪烁控制

闪烁,通常由显示屏亮度的周期性强弱变化形成,会刺激眼部肌肉不断调节,导致用户眼睛疲劳。显示屏可以通过高迁移率氧化物背板技术、EPQ驱动+HSR倍频等超高刷新率技术组合,来提升刷新频率。目前,手机主流产品的刷新率在向90Hz~120Hz升级,电竞产品的刷新率甚至超过500Hz,不仅可以彻底解决屏幕闪烁问题,而且画面更加清晰流畅。灯具则采用无频闪电源,杜绝频闪引起的视觉疲劳,提高视觉舒适度。

在手机屏幕领域,主要在使用PWM调光技术。以三星为代表的OLED手机屏幕,普遍采用低频PWM调光技术。而国产手机荣耀系列,则是通过高频PWM调光技术来解决这一问题。所谓“PWM调光”,是通过控制屏幕晶体管不断亮、灭、亮、灭,交替发光,通过改变发光间隔,也就是所谓“占空比”,来调整屏幕亮度。占空比越低,亮度越小,我们观察到的屏幕黑线就越粗。根据IEEE以及我国相关技术标准,只有闪烁频率高于1250Hz,才被认为是低风险危害。京东方、维信诺等国产屏幕厂是国内目前支持高频PWM调光技术并有成熟产品的企业。

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防眩光

目前,防眩光技术的实现,大多是通过制备不同的表面结构增加表面漫反射率或透过率。而随着原理的一步步探明,国内外防眩光结构方面的研究正朝着外形更精细、制备更简单和复合结构的方向发展。

由于减反射在LED、光电池等领域有非常重要的应用意义,在这两大产业快速发展的推动下,减反射技术的革新速度也很快。实现防眩光功能的一种简易方法是在屏幕玻璃面板上涂覆光学薄膜,并将防眩光结构制备在薄膜表面。结构成型在薄膜表面时,不受机体材料限制,因此结构的制作更加简单方便,还能应用特殊薄膜材料的低折射率提高屏幕表面的光学性能。但有薄膜强度不足、涂覆不均匀、容易脱落等问题。因此,能否找到更加简单、低成本且适宜批量化生产的新加工方法,是防眩光结构研究领域的一个重大难题。

防眩光结构方面的研究与屏幕材料技术的发展相关。未来显示屏幕的材料可能会有更多的变化,不再局限于玻璃或有机玻璃。蓝宝石或其他具有更高强度的材料也能用做屏幕显示,另外,手机厂商已经开始开发柔性屏幕。而在这些新材料表面是否能够制作同样的微观结构,仍然需要大量的研究去验证。国内目前有菲克光学在这一领域的深耕,并且有相对成熟的产品体系。

此外,玻璃防眩光技术一般有两种,一种是蚀刻防眩光技术,一种是喷涂防眩光技术。蚀刻防眩光玻璃采用化学蚀刻工艺。成本较高,良品率较低,一般的公司难以把握。表面喷涂防眩光技术即是在玻璃表面喷涂一到两层AG药液/防眩光药液。可以增加光的漫反射,减低玻璃的防眩光效果。也称为镀膜玻璃技术。这种工艺的优势在于成本低廉,容易把握。深圳的创新维在这一领域则有涉足。

相关机构正在推进的检验检测标准

由于视觉健康是一个涉及到社会层面的问题,仅靠电子产品厂商的力量难以单独完成。一方面是大多数厂商缺乏相应的技术能力,另一方面是不少厂商从利益角度出发缺少主动性。因此,通过标准规范加以引导和督促,就显得尤为重要。我们可以看到,已经有相关的行业协会和企业正在推动相关标准的制定。

今年3月23日,由中山大学中山眼科中心、深圳赛西信息技术有限公司、广州视睿电子科技有限公司、中国电子技术标准化研究院、中国标准化研究院等牵头制定,经深圳市8K超高清视频产业协作联盟审批通过的《平板电脑视觉健康影响评价方法》(标准号:T/SUCA 028—2022)正式发布。这也是首份医工结合的行业平板电脑视觉健康标准。

2022年1月24日,由中山大学中山眼科中心作为牵头单位的团体标准《虚拟现实技术视觉健康影响评价方法》(编号:T/CSBME 052-2022)正式发布。

2022年11月,据半导体照明工程研发及产业联盟官微消息,根据国家标准化管理委员会2021年第四批国家标准标准制修订计划,由半导体照明联合创新国家重点实验室牵头,会同有关单位编制的国家标准《LED照明产品视觉健康舒适度测试第1部分:概述》(20214517-T-306)已形成征求意见稿,向社会各界公开征求意见。

除此之外,我们能够看到,包括中国3D产业联盟、国家视觉与听觉健康产业技术创新联盟视觉与听觉健康产业研究院等第三方机构,正在通过起草国家标准和行业标准、建立第三方视觉健康检测机构等方式,加以规范和引导。

面向未来:元宇宙催生VR/AR视觉健康新难题

当下发展很快、最受热议、且与视觉健康息息相关的,无疑是元宇宙了。以VR/AR为代表的虚拟显示,是元宇宙的重要部分。五部委在2022年10月联合印发的《虚拟现实与行业应用融合发展行动计划(2022-2026年)》预测,到2026年我国虚拟现实产业总体规模将超过3500亿元,虚拟现实终端累计销量超过2500万台。2022年上半年,全球VR头显出货量约为684万台,预计全年全球的销量约1200万套。

随之而来的一个更为棘手的问题便是,VR/AR设备与人眼的距离更近,它们对人眼的伤害是否会更大?

由于VR/AR设备看到的是虚像成像,所以虽然人佩戴着眼镜,但实际成像的距离距人眼还是很远的。HTC Vive,的实测虚像距约为1.7m,PS VR虚像距是“相当于225英寸的电视在你2.5米左右”。但市面上不少VR眼镜,为了追求沉浸感,虚拟成像距离大部分很近,虚像成像在眼前25cm-50cm左右。随之而来的就是视觉疲劳问题,时间长后难免会对视力有伤害。同时,VR/AR设备同样面临蓝光、眩光等问题。

虽然VR/AR设备对人眼的伤害程度至今还没有明确的定论,但是围绕在这个领域已经涌现出了大批企业,如宏达通讯、科大讯飞、小鸟看看等。随着产业的完善和国家标准的制定,这些企业同样将面对视觉健康的挑战。但不论如何,VR 产业意义重大、空间广阔,且与 5G 业务有着显著的协同效应,是各大企业最重要的产业投资方向之一。VR 开创了新一代人机交互革命,引爆了算力、网络和显示的革命性升级,有着巨大的产业发展意义。VR 产业链横跨硬件、软件、网络、内容以及分发平台等多个板块,产业跨度广、产业空间广阔。在视觉大健康这个领域里,VR/AR未来所扮演的角色必将越来越重要。

结语

视觉健康并不是一个新的赛道,但是伴随着产业的进步、需求的变化,以及可穿戴设备的巨浪,这一领域正重新回到众多厂家关注的焦点。眼下这个市场的情况仍是千帆竞逐、大浪淘沙,这个赛道依旧充满挑战。


网站编辑: 郭靖

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